搜索
热舒适与工作效率关系的研究上海交通大学周正平连之伟叶晓江摘要：夏秋季节，对上海、镇江两地从事手工计件劳动的人群进行问卷调查，考察室内空气温度、人体热感觉、空气品质等热舒适性参数对受试者工作效率的影响，得出了它们之间各自的回归关系曲线。分析得到夏秋季节，当室内环境温度处在低于Fanger给出的舒适温区1～2℃的范围内时，工作效率最高；当人体处于热中性状态以及室内CO2浓度低于500ppm时，工作效率将有明显的提高。同时发现，工作日和工作时的情绪等非环境因素，对工作效率也有很大的影响。关键词：热环境热感觉人体热舒适工作效率1引言当今注重效率的社会里，工人生产能力的高低在很大程度上决定了企业的竞争力，所以如何提高生产效率是目前企业比较关注的热点之一。研究发现，工作效率的高低不仅受到劳动者自身知识、技能和外部激励的影响，而且也与热环境因素有关[1]。Clapp[2]早在上世纪60年代就开始研究外部热环境对建筑工人工作效率的影响，Grimm和Wagner[3]在忽略风速的影响下，建立了劳动率与温湿度的关系，Koehn和Brown[4]则用非线性关系来预测劳动生产率，得出在人体热舒适区效率达到最高的结论，Korb和Sherif[5]提出的PMV—Productivity(预测平均投票值—生产率)模型较好的预测了泰国工人在冷、热季节的劳动效率。本文在实地调查的基础上，从外界热环境因素（主要是温度）和人体自身热感觉两方面，分析了热舒适与工作效率的关系，初步得出工作效率与温度及热感觉的回归关系式，同时也考察了CO2浓度、工作日和工作情绪等因素对工作效率的影响，得出了它们各自之间的关系曲线。2实验方法实验测试分别在镇江和上海的两家电器元件加工工厂进行，时间从2003年6月到11月，实验场所为自然通风房间，无空调。各地参加实验的手工劳动者在40人左右，年龄在20～40岁不等，且男女比例基本上保持在1:1。所有测试者衣着热阻平均为0.8clo,测试时坐着进行轻度手工加工作业，新陈代谢率可近似看作1.0met。每组实验由6名受试者组成，实验主要采取环境参数测量和询问热舒适调查问卷方式，问卷包括受试者的个人资料、热感觉投票、舒适度投票和受试者心情的投票。热感觉投票采用ASHRAE55-1992中冷（-3）～热（+3）七级的衡量标准[6]，舒适度采用四级标准，心情投票采用了好、一般、坏三级衡量标准，具体见表2-1。室内环境参数的测量包括室内温度、CO2浓度，温度测点布置在离地面1.2m处，靠近人体工作区，CO2分析仪位于房间正中。实验进行时在不影响受试者工作的情况下，询问并填写热舒适问卷。实验一般持续30分钟，然后记录每人完成的工件数量。有关的测试仪器见表2-2。表2-1热舒适调查表1.你认为在目前环境下：4.你希望室内温度：（1）舒适（2）有些不舒服（3）不舒服（1）变暖（2）不变（3）变凉（4）很不舒服2.在目前环境下，你感觉：5.你认为空气品质：（1）热（2）暖（3）稍暖（4）适中（1）很好（2）较好（3）一般（5）稍凉（6）凉（7）冷（4）差3.你目前的心情：（1）好（2）一般（3）差表2-2实验测量仪器名称型号规格干湿球温度计KL-6850量程：-10～+65℃，10～95％RH，精度±0.5℃，±2.5％便携式红外线CO2分析仪GXH-3010E测量范围为0～10000PPMCO2，线性度≤±2％F.S3工作效率与热舒适的关系3.1工作效率与温度的关系研究证实，室内温度是影响人体热舒适的主要因素[7,8]，同样它对人员工作效率的影响也非常大。图3-1显示了不同的室内温度下人员工作效率（单位时间工作计件量）的变化趋势。考虑到季节的原因，秋季室内温度最低时在5℃左右，夏季最高到37℃。图中大量测试点集中在15～35℃之间，该温度区间在上海、镇江夏秋季节最为常见。由图中各点，回归得到工作效率随温度的变化曲线，该曲线方程为：100.74427.2049.02++−=XXY式中Y代表效率，X代表室内温度。由图可见变化曲线为一条抛物线，从曲线性质可知，理论上效率最高时温度为24.8℃，该点效率为104%，实际调查发现，温度在21～28℃时工作效率普遍较高，基本在理论最高值附近波动。但在26℃和28℃时却出现过低和过高的现象，工作效率分别为96%和113%，引起较大偏差的原因可以排除仪器测量误差和统计误差的影响，主要是工作熟练度和工作情绪的影响，这一点见3.5节。图中各点基本上较好的符合了回归曲线，偏差在允许范围，相关系数r2=0.592，均方差SD=4.143。当温度低于28℃时，工作效率随温度的增加呈上升趋势，当温度高于28℃后，效率整体呈迅速下降趋势。图中可以看出，温度从5℃到15℃时，效率上升很快，从87%到103%，而在15～28℃范围内，上升较为缓慢。出现这种情况是因为秋季温度低于15℃时，人们普遍感觉偏冷，而15～20℃为其效率较高的温区；夏季时22～28℃温区内工作效率较高，比Fanger等人研究得出的夏季人体热舒适温区23.1～29.5℃[9]低1～2℃，反映出人们更愿意在稍凉快的环境中工作。而当温度超过30℃以后，人体普遍觉得过热不舒服，所以效率急剧下降。051015202530354080859095100105110115120Y=-0.049X2+2.427X+74.100r2=0.592SD=4.143Productivity,%IndoorTemperature,oC-3-2-101238090100110120Y=-1.075X2+10.11X+81.21r2=0.800SD=3.068Productivity,%ThermalSensation图3-1室内温度与工作效率的关系图3-2热感觉与工作效率的关系3.2工作效率与热感觉的关系不同的热感觉下人员的工作效率会有较大的差别，如图3-2所示。热感觉指标采取Fanger提出的七级指标预测投票数，调查发现夏季效率较高点基本集中在-1、0、+1的热舒适区，其中最高点在-1处，即在稍感凉快的状态下人员工作效率最高，这也与实际相符，在炎热的夏天人们总是喜欢凉爽的气候。在图中也发现+2处，即感觉暖的时候效率也比较高，这是将秋季的数据放入一起考虑所得，因为深秋季节外界气温相对较低，人们更喜欢热的环境。如果仅考虑夏季，则效率最高点在-1～+1内。横轴X代表热感觉，纵轴Y代表效率，由图中各点拟合得出两者之间的曲线关系：21.8111.10075.12++−=XXY其中相关系数r2为0.800，均方差SD为3.068。曲线相关度较好，各点与曲线的偏差在允许范围之内。-1～+1之间为曲线的最高部，表明效率在该范围内较高；在热舒适区域以外，随着热感觉越来越偏离中性状态，曲线呈下降趋势，表明热感觉越不舒服（过冷或过热），工作效率越低。3.3工作效率与空气品质的关系研究发现，室内空气品质对工作效率有重要影响[7,10]。调查显示，空气品质较好时人们的工作效率（工作计件量）要比空气品质较差时高出15%左右。表3-1列出了四种空气品质情况：差、一般、较好和很好，分类标准以空气中CO2浓度为依据[11]。图3-3表示各种情况对应的生产率分别为：93%，98%，100%和107%。通过实验我们看到，当室内空气较污浊、CO2和甲醛含量过高时（CO2含量800ppm）时，受试者明显会感觉到头晕、鼻子痒、嗓子疼、困倦嗜睡等，加之夏天气温较高，人们更加感到不舒服，表现到工作中就是精神不能集中，行动迟缓、出错率上升，这会大大降低工作效率，更为严重的是有可能造成工伤。表3-1空气中CO2浓度与人体舒适空气品质CO2浓度人体舒适感很好500ppm空气清新，感觉舒适较好500～600ppm空气较清新，无明显刺激感一般600～700ppm稍闷，轻度嗜睡，但可忍受差800ppm感觉闷，头晕，疲劳嗜睡图3-3空气品质与人体效率的关系图中显示空气品质一般和较好时，受试者工作效率相差不大，因为这两种情况下人们对空气品质都处于能够接受的范围，无明显差异。而当室内空气很清新，CO2浓度低于500ppm时，人体会感觉非常舒服，精神状况很好，行动敏捷，出错率明显降低，工作效率升高7个百分点。但是到目前为止，对空气品质与工作效率之间关系的认识还不是很深，很多工厂和办公室内的空气状况相当恶劣，在这样的环境下工作不但生产效率很低，久而久之还会产生病态建筑综合症。所以控制室内污染源、加强室内通风换气、改良空调系统对改善室内空气品质、提高人员工作效率非常有益。3.4工作效率与工作日的关系工作日的不同对工作效率也会有较大的影响。在镇江的调查中，分别记录了周一到周五相同人员干相同工作时的生产能力（劳动计件量）。排除其他因素的干扰，只考虑工作日的不同时，可以得出工作日与生产效率的关系，如图3-4所示。从图中可知，工作效率随工作日的变化近似于二次曲线，从周一到周四逐渐下降，周四到达最低点，然后又有回升。经过双休日的休息，周一人们精力充沛，工作效率很高，将近110%；随着工作的继续，会慢慢出现疲劳、厌倦等现象，所以工作效率从周二开始明显下降，但始终在100%左右；周四降到谷底，只有97%，这是一周中最疲劳的时候，所以效率也最低；但周五以后回升，这可能与即将周末放假，人们心情较好导致工作效率高有关。图中，各工作日的效率与回归曲线偏差很小，相关性较好，说明工作日的不同确实对生产效率有影响，且这种影响的趋势较为恒定，一般不会随其他因素产生明显的变化。工作日与人体疲劳有密切关系，连续几天的工作势必会导致身心疲劳，从而使工作效率下降，所以合理的安排工作日计划以及良好的休息能在很大程度上提高工作效率。MondayTuesdayWednesdayThursdayFriday9698100102104106108Productivity,%Workday图3-4工作日与生产效率关系图3-5情绪状态与工作效率的关系3.5工作效率与情绪的关系情绪直接影响人的精神状态，反映到工作中就是注意力是否集中，干劲是否十足等，这对人的主观能动性至关重要，从而对工作效率产生一定影响。调查中我们列出了三种情绪状态：较差、一般、较好，让受试者填写自己当时情况。通过近100份问卷调查，假定情绪状态一般时的工作效率为100%，较差和较好时则依次为93%和107%，它们之间基本呈线性关系如图3-5所示。由情绪差时的93%到好时的107%，效率提高了14%，相较空气品质的影响而言，情绪的变化带来效率的变化更加明显。这一点不难理解，因为情绪是人体各方面的一个综合表现，它包括所处环境、精神状态、身体情况等，对人的行动影响很大。情绪好时，神经亢奋，反应敏捷，行动灵活；情绪差时，会有焦虑、急躁的表现，导致行动迟缓、效率下降。4结论夏秋季节，在镇江和上海两地对从事计件手工劳动的人群进行实地问卷调查，分析研究了空气温度、热感觉、室内空气品质以及其他一些非环境因素对受试者工作效率的影响。1.工作效率随室内温度的变化曲线为，夏季时在21～28℃区间内工作效率较高，这一范围略低于Fanger研究得出的舒适温区1～2℃，这是因为Fanger研究的对象是处于静坐状态下的学生，而本实验的对象则是工厂里进行手工劳动的工人，劳动强度要比静坐的学生大，从而使新陈代谢率增大，最终导致期望温区下降100.74427.2049.02++−=XXY[12]。2.当人体热感觉处于热舒适区（-1，0，+1）时工作效率普遍较高；在热舒适区域以外，随着热感觉越来越偏离中性状态，工作效率越低。3.当空气中CO2含量500ppm时，人体感觉空气清新舒适，工作效率超过正常时7个百分点，但是当室内空气较污浊、CO2和甲醛含量过高时（CO2含量800ppm）时，人体会明显感觉不适，头晕恶心、嗜睡精力不能集中，工作效率下降10～15%，所以改善室内空气品质对提高工作效率十分重要。4.工作日和情绪的差异对工作效率也有较为明显的影响，调查表明工作效率随着工作日的增加逐渐下降，随情绪的好坏也有较大的波动。所以合理的安排工作日计划以及调节工作时的